- Tim dari Northwestern University berhasil menangkap dan mendinginkan positron, menciptakan akselerator kuantum.
- Positron tidak dapat disimpan dalam wadah karena akan memusnahkan materi.
- Para peneliti mengukur momen magnet positron dengan presisi, mencari perbedaan antara materi dan antimateri.
- Jika hasil pengukuran berbeda, ini dapat merobohkan model standar yang ada.
Jika Big Bang menciptakan jumlah materi dan antimateri yang setara, maka segala sesuatu yang ada seharusnya telah saling memusnahkan miliaran tahun yang lalu. Namun, dunia kita masih ada. Saat ini, fisikawan dari Northwestern University mungkin telah menemukan alasannya. Tim yang dipimpin oleh Profesor Gerald Gabrielse dan mahasiswa doktoralnya, Thomas Myers, berhasil menangkap, mendinginkan, dan menjebak satu positron (partikel antimateri dari elektron), dan menempatkannya dalam "keadaan kuantum yang sangat terkontrol". Yang menarik, ini adalah pertama kalinya "sebuah akselerator kuantum positron" diciptakan.
Kontrol kuantum positron
Materi biasa terdiri dari elektron, proton, dan neutron, sementara alam semesta antimateri terdiri dari positron, antiproton, dan antineutron. Namun, penelitian tentang antimateri sangat rumit. Ketika sebuah partikel antimateri bersentuhan dengan materi biasa, keduanya akan saling memusnahkan dalam sekejap, melepaskan energi. Positron tidak dapat disimpan dalam wadah karena kontak dengan materi biasa akan segera menghancurkannya. Oleh karena itu, penelitian tentang partikel-partikel ini memerlukan penanganan yang hati-hati, meskipun jumlah kecil yang digunakan tidak menimbulkan risiko ledakan yang nyata. Gabrielse menyatakan, "Jika kita ingin mempelajari antimateri, kita harus berhati-hati. Secara jelas, ini tidak berbahaya.
Kami tidak memiliki cukup antimateri untuk menyebabkan ledakan."
Kontrol kuantum positron
Dalam penelitian ini, fisikawan menangkap satu positron dari peluruhan radioaktif, mendinginkannya hingga mendekati nol mutlak, dan menggunakan medan magnet dan medan listrik untuk menjebaknya dalam vakum. Keadaan ini menciptakan akselerator kuantum positron, memungkinkan partikel beroperasi seperti "atom buatan", dengan tingkat energinya dapat dikendalikan secara akurat tanpa bersentuhan dengan materi biasa yang dapat menyebabkan pemusnahan. Dalam penelitian ini, para peneliti menangkap positron energi tinggi yang dilepaskan dalam peluruhan radioaktif sodium-22, memperlambatnya dan mengarahkannya ke dalam perangkap elektromagnet yang dirancang khusus.
Setelah masuk, suhu di dalamnya diturunkan hingga 300 mili-Kelvin (hanya 0,3 derajat di atas nol mutlak). Positron melayang dalam vakum yang hampir sempurna, tidak pernah bersentuhan dengan dinding manapun. Setelah menghilangkan kebisingan eksternal, ia stabil pada keadaan energi terendah, pada dasarnya berperilaku seperti atom buatan, yang dapat dikendalikan oleh ilmuwan selama berbulan-bulan. Gabrielse menyatakan, "Kami mendinginkannya hingga suhu yang sangat rendah sehingga ia masuk ke keadaan dasar kuantum. Kami sebenarnya mengarahkan positron yang sangat cepat ini, membiarkannya diam di sana dan berperilaku selama berbulan-bulan."
Mencari celah dalam model
Mencari perbedaan antara materi dan antimateri
Model standar menggambarkan partikel dasar dan tiga dari empat gaya dasar di alam semesta, tetapi fisikawan tahu bahwa model ini tidak lengkap karena tidak dapat menjelaskan mengapa materi mendominasi antimateri. Peneliti dari Northwestern University menunjukkan bagaimana mereka menggunakan pulsa mikrogelombang yang disesuaikan dengan presisi untuk memicu dan mengamati transisi kuantum individu dari positron yang terjebak. Tingkat kontrol ini membantu mengukur momen magnet positron dengan sangat presisi, mengulangi eksperimen sebelumnya yang mengukur momen magnet elektron dengan akurasi mencapai sepuluh triliun. Membandingkan kedua pengukuran ini akan membantu fisikawan mencari perbedaan kecil antara materi dan antimateri.
Gabrielse menyatakan, "Teori saat ini menunjukkan bahwa tidak akan ada perbedaan antara kedua pengukuran ini. Jika hasilnya tidak sama, itu akan menjadi penemuan terbesar dalam fisika selama satu abad terakhir."
Jika terdapat perbedaan antara kedua pengukuran ini, itu dapat merobohkan model standar, dan akhirnya memberikan petunjuk mengapa materi menang dalam pertarungan kosmik, memungkinkan keberadaan alam semesta kita. Hasil penelitian ini telah dipublikasikan pada 21 Oktober dalam Physical Review Letters.
Dampak penelitian positron terhadap fisika
Penelitian ini menunjukkan bagaimana mengendalikan antimateri dalam kondisi ekstrem, memberikan arah eksplorasi baru bagi fisika. Kontrol kuantum positron tidak hanya dapat meningkatkan pemahaman kita tentang antimateri, tetapi juga dapat mengungkapkan alasan mengapa materi mendominasi alam semesta. Jika hasil pengukuran menunjukkan adanya perbedaan antara materi dan antimateri, ini akan menantang model standar yang ada dan dapat mengubah pemahaman kita tentang struktur dasar alam semesta. Temuan ini tidak hanya bermanfaat bagi ilmu dasar, tetapi juga dapat memiliki dampak yang mendalam dalam aplikasi teknologi di masa depan.